Capítulo 3: Capa Transporte - II

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1 Capítulo 3: Capa Transporte - II
ELO322: Redes de Computadores Agustín J. González Este material está basado en: Material de apoyo al texto Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet. Jim Kurose, Keith Ross. Capa Transporte

2 Capítulo 3: Continuación
3.1 Servicios de la capa transporte 3.2 Multiplexing y demultiplexing 3.3 Transporte sin conexión: UDP 3.4 Principios de transferencia confiable de datos 3.5 Transporte orientado a la conexión: TCP Estructura de un segmento Transferencia confiable de datos Control de flujo Gestión de la conexión 3.6 Principios del control de congestión 3.7 Control de congestión en TCP Capa Transporte

3 Principios de transferencia confiable de datos
Es un tópico importante en capas de aplicación, transporte y enlace de datos Está en la lista de los 10 tópicos más importantes sobre redes ! rdt_ : reliable data transfer udt_ : unreliable data transfer Las características del canal no-confiable determinarán la complejidad del protocolo de datos confiable (reliable data transfer - rdt)‏ Capa Transporte

4 rdt_rcv(): llamada cuando un paquete llega al lado receptor
Transferencia confiable de datos: primeros aspectos (notación para esta parte) rdt_send(): llamado desde arriba, (e.g., por aplicación). Recibe datos a entregar a la capa superior del lado receptor deliver_data(): llamado por rdt para entregar los datos al nivel superior lado transmisor lado receptor rdt_rcv(): llamada cuando un paquete llega al lado receptor udt_send(): llamado por rdt para transferir paquetes al receptor vía un canal no confiable Capa Transporte

5 Transferencia confiable de datos: primeros aspectos
Pasos a seguir: Desarrollaremos incrementalmente los lados Tx y Rx del protocolo de transferencia confiable (rdt)‏ Consideraremos sólo transferencias de datos unidireccionales Pero la información de control fluirá en ambas direcciones! Usaremos máquina de estados finitos (Finite State Machine) para especificar el Tx y Rx Evento que causa transición de estado estado: cuando estamos en un “estado”, el próximo es determinado sólo por el próximo evento Acción tomada al transitar estado estado 1 estado 2 evento acción Capa Transporte

6 Rdt1.0: transferencia confiable sobre canal confiable (las bases)
Canal subyacente utilizado es perfectamente confiable (caso ideal, utópico) no hay errores de bit no hay pérdida de paquetes No hay cambio de orden en los paquetes Distintas MEFs (Máquina de Estados Finita) para el transmisor y receptor: transmisor envía datos al canal inferior receptor lee datos desde el canal inferior Wait for call from above rdt_send(data)‏ Wait for call from below rdt_rcv(packet)‏ extract (packet,data)‏ deliver_data(data)‏ packet = make_pkt(data)‏ udt_send(packet)‏ Tx Rx Capa Transporte

7 Rdt2.0: Canal con bits errados
Canal inferior puede invertir bits del paquete Usamos checksum para detectar los errores de bits Supondremos que no se pierden paquetes ni hay desorden La pregunta: ¿Cómo recuperarnos de errores?: acknowledgements (ACKs):- acuses de recibo: receptor explícitamente le dice al Tx que el paquete llegó OK negative acknowledgements (NAKs): – acuses de recibo negativos: receptor explícitamente le dice al Tx que el paquete tiene errores. Tx re-transmite el paquete al recibir el NAK Nuevos mecanismos en rdt2.0 (sobre rdt1.0): Detección de errores Realimentación del receptor: mensajes de control (ACK, NAK) Tx < Rx Capa Transporte

8 rdt2.0: Especificación de la MEF
Tx Rx rdt_send(data)‏ sndpkt = make_pkt(data, checksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ extract(rcvpkt,data)‏ deliver_data(data)‏ udt_send(ACK)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt)‏ udt_send(NAK)‏ corrupt(rcvpkt)‏ Wait for call from below rdt_rcv(rcvpkt) && isNAK(rcvpkt)‏ Wait for ACK or NAK Wait for call from above udt_send(sndpkt)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt)‏   º hacer nada Capa Transporte

9 rdt2.0: operación sin errores
rdt_send(data)‏ sndpkt = make_pkt(data, checksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && isNAK(rcvpkt)‏ Wait for ACK or NAK Wait for call from above udt_send(NAK)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt)‏ udt_send(sndpkt)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt)‏ Wait for call from below  rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt)‏ extract(rcvpkt,data)‏ deliver_data(data)‏ udt_send(ACK)‏ Capa Transporte

10 rdt2.0: operación con error y una retransmisión
rdt_send(data)‏ sndpkt = make_pkt(data, checksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && isNAK(rcvpkt)‏ Wait for ACK or NAK Wait for call from above udt_send(NAK)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt)‏ udt_send(sndpkt)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && isACK(rcvpkt)‏ Wait for call from below  rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt)‏ ¿Qué problemas tiene rdt2.0? extract(rcvpkt,data)‏ deliver_data(data)‏ udt_send(ACK)‏ Capa Transporte

11 rdt2.0 tiene una falla fatal!
¿Qué pasa si se corrompe el ACK/NAK? Tx no sabe qué pasó en el receptor! Idea, retransmitir paquete ante la llegada de un ACK o NAK dañado. No puede sólo retransmitir: generaría posible duplicado Surge necesidad de poner números de secuencia para detectar duplicados. Manejo de duplicados: Tx agrega números de secuencia a cada paquete Tx retransmite el paquete actual si ACK/NAK llega mal El receptor descarta (no entrega hacia arriba) los paquetes duplicados Capa Transporte

12 rdt2.1: Tx, manejo de ACK/NAKs errados
rdt_send(data)‏ sndpkt = make_pkt(0, data, checksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ Tx rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || isNAK(rcvpkt) )‏ Wait for ACK or NAK 0 Wait for call 0 from above udt_send(sndpkt)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isACK(rcvpkt) rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isACK(rcvpkt)   Wait for ACK or NAK 1 Wait for call 1 from above Hay simetría rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || isNAK(rcvpkt) )‏ rdt_send(data)‏ sndpkt = make_pkt(1, data, checksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ udt_send(sndpkt)‏ Transmisor incluye # de secuencia para permitir al receptor descartar duplicados Capa Transporte

13 rdt2.1: Receptor, manejo de ACK/NAKs errados
rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && has_seq0(rcvpkt) Rx extract(rcvpkt,data)‏ deliver_data(data)‏ sndpkt = make_pkt(ACK, chksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && corrupt(rcvpkt)‏ sndpkt = make_pkt(NAK, chksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ sndpkt = make_pkt(NAK, chksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ Wait for 0 from below Wait for 1 from below rdt_rcv(rcvpkt) && not corrupt(rcvpkt) && has_seq1(rcvpkt)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && not corrupt(rcvpkt) && has_seq0(rcvpkt)‏ Duplicado sndpkt = make_pkt(ACK, chksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ sndpkt = make_pkt(ACK, chksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && has_seq1(rcvpkt) extract(rcvpkt,data)‏ deliver_data(data)‏ sndpkt = make_pkt(ACK, chksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ Capa Transporte

14 ¿Podemos adaptar rdt2.1 para tolerar pérdidas de paquetes?
rdt2.1: discusión Transmisor: Agrega # secuencia al paquete 2 #’s (0,1) de secuencia son suficientes, por qué? Debe chequear si el ACK/NAK recibido está corrupto. El doble del número de estados Estado debe “recordar” si paquete “actual” tiene # de secuencia 0 ó 1 Receptor: Debe chequear si el paquete recibido es duplicado Estado indica si el número de secuencia esperado es 0 ó 1 Nota: el receptor no puede saber si su último ACK/NAK fue recibido OK por el Tx ¿Podemos adaptar rdt2.1 para tolerar pérdidas de paquetes? Capa Transporte

15 rdt2.2: un protocolo libre de NAK
No podemos enviar NAK de un paquete que nunca llegó. Preparándonos para la pérdida de paquetes, es mejor prescindir de los NAK. Se busca la misma funcionalidad que rdt2.1, usando sólo ACKs En lugar de NAK, el receptor re-envía ACK del último paquete recibido OK Receptor debe explícitamente incluir # de secuencia del paquete siendo confirmado con el ACK ACK duplicados en el Tx resulta en la misma acción que NAK: retransmitir paquete actual En rdt2.2 seguiremos suponiendo que no hay pérdidas Capa Transporte

16 ¿Cómo usted compara usar sólo NAK versus usar sólo ACK?
¿Qué le dice su madre/padre: llámame al llegar a destino -ACK- o llámame si tienes algún problema -NAK? Si no hay pérdidas, se podría ahorrar mensajes al trabajar sólo con NAK. Si pérdidas son posibles, el uso de NAK debe descartarse, pues no podemos distinguir entre un paquete que llegó bien de uno perdido. Resumen: sí podemos usar solo ACKs, pero no solo NAKs. Capa Transporte

17 rdt2.2: Fragmentos del Transmisor y receptor
rdt_send(data)‏ sndpkt = make_pkt(0, data, checksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ Lado Tx rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || isACK(rcvpkt,1) )‏ Wait for call 0 from above Wait for ACK udt_send(sndpkt)‏ Lado Rx Fragmento MSF Tx rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isACK(rcvpkt,0) rdt_rcv(rcvpkt) && (corrupt(rcvpkt) || has_seq1(rcvpkt))‏  Wait for 0 from below Fragmento MSF Rx sndpkt=make_pkt( ACK,1,checksum) udt_send(sndpkt)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && has_seq1(rcvpkt) extract(rcvpkt,data)‏ deliver_data(data)‏ sndpkt = make_pkt(ACK1, chksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ Capa Transporte

18 Hasta aquí Si el canal es ideal, el mecanismo es simple: solo enviar los datos (rdt 1.0). Si hay errores, pero no se pierden paquetes, usar ACK y NAK. (rdt 2.0) Si los ACK o NAK también pueden venir con errores, el tx re-envía el paquete; entonces debemos usar número de secuencia para eliminar duplicados. (rdt 2.1) Se puede evitar NAK, enviando ACK duplicados en lugar de NAK, entonces debemos usar número de secuencia para detectar ACK duplicados (ver rdt 2.2) Capa Transporte

19 rdt3.0: Canales con errores y pérdidas
Suposición nueva: Canal subyacente también puede perder paquetes (de datos o ACKs)‏ checksum, # de secuencias, ACKs, y retransmisiones ayudan pero no son suficientes Estrategia: transmisor espera un tiempo “razonable” por el ACK Retransmitir si no se recibe ACK en este tiempo Si el paquete (o ACK) está retardado (no perdido): La retransmisión será un duplicado, pero el uso de #’s de secuencia ya maneja esto Receptor debe especificar el # de secuencia del paquete siendo confirmado en el ACK Se requiere un temporizador. Este protocolo se conoce como: Stop and wait protocol (parar y esperar)‏ stop and wait Tx envía un paquete, Luego para y espera por la respuesta del Rx Si no llega, hace re-envío hasta que llegue ACK. Capa Transporte

20 rdt3.0 Transmisor ! Hay simetría en los estados con # sec.=0, 1   
rdt_send(data)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || isACK(rcvpkt,1) )‏ sndpkt = make_pkt(0, data, checksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ start_timer rdt_rcv(rcvpkt)‏  !  Wait for call 0from above Wait for ACK0 timeout udt_send(sndpkt)‏ start_timer rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isACK(rcvpkt,1) rdt_rcv(rcvpkt) && notcorrupt(rcvpkt) && isACK(rcvpkt,0) stop_timer stop_timer Wait for ACK1 Wait for call 1 from above timeout udt_send(sndpkt)‏ start_timer rdt_rcv(rcvpkt)‏  rdt_send(data)‏ rdt_rcv(rcvpkt) && ( corrupt(rcvpkt) || isACK(rcvpkt,0) )‏ sndpkt = make_pkt(1, data, checksum)‏ udt_send(sndpkt)‏ start_timer  Hay simetría en los estados con # sec.=0, 1 Capa Transporte

21 rdt3.0 en acción a) Operación sin pérdidas Es fundamental suponer que los paquetes no cambian su orden durante su trayecto b) Operación con pérdidas Capa Transporte

22 rdt3.0 en acción c) Pérdida de ACK d) Timeout prematuro Ʌ
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23 Capítulo 3: Continuación
3.1 Servicios de la capa transporte 3.2 Multiplexing y demultiplexing 3.3 Transporte sin conexión: UDP 3.4 Principios de transferencia confiable de datos 3.4.2 Protocolos con Pipeline: Go-Back-N y Selective Repeat. 3.5 Transporte orientado a la conexión: TCP Estructura de un segmento Transferencia confiable de datos Control de flujo Gestión de la conexión 3.6 Principios del control de congestión 3.7 Control de congestión en TCP Capa Transporte